Modelos matemáticos: la obesidad por los números

Hacia una mayor precisión en la investigación de la obesidad.

“Cómo ser delgado”, litografía en color, Escuela de Inglés, siglo XX

Fuente: imágenes de Bridgeman, usadas con permiso.

“… cuando puedes medir lo que estás hablando y expresarlo en números, sabes algo al respecto; pero cuando no puedes medirlo … tu conocimiento es de un tipo escaso e insatisfactorio; Puede ser el comienzo del conocimiento, pero apenas has avanzado a la etapa de la ciencia … “

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Así escribieron el matemático y físico irlandés del siglo XIX, Lord Kelvin, famoso por sus experimentos con la energía térmica (y por los que recibió el nombre de la escala de temperatura absoluta de Kelvin). (Conferencia, 1883, en Popular Lectures and Addresses , 1889, Volume 1). Kelvin’s Las palabras son particularmente relevantes para el estudio de la obesidad.

Escuela americana, siglo XX, Crédito: Copyright GraphicaArtis

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Esencialmente, la obesidad es un “trastorno del equilibrio energético”, basado en la Primera Ley de la Termodinámica, que ocurre cuando consumimos más calorías de las que gastamos. Pero, explique a los investigadores Kevin Hall y Juen Guo ( Gastroenterology , 2017), esto es simplemente un “marco útil” y no proporciona ninguna “explicación causal” de por qué algunas personas son más propensas a la obesidad que otras. Aclaran: “… la prevención de la obesidad a menudo se describe erróneamente como una simple cuestión de contabilidad”, es decir, que 3500 kcal es igual a una libra, pero esta visión generalizada, citada en sitios web y en todos los medios, es “ingenua e incorrecta” porque lo hace. No tiene en cuenta la compleja y dinámica relación interdependiente entre ingreso y gasto. (Hall y Chow, International Journal of Obesity, 2013; Thomas et al, International Journal of Obesity , 2013)

Aunque esta relación se conoce desde hace años, también persiste obstinadamente en la literatura científica. Por ejemplo, en respuesta a un Punto de vista (Guth, JAMA , 1/16, 2018), Hall y otros ( JAMA 6/12, 2018) se oponen a la comprensión simplista del autor, basada en la regla de 3500 kcal por libra, tan pequeña las disminuciones en la ingesta calórica llevarán “progresivamente” a pérdidas de peso “sustanciales” con el tiempo. En otras palabras, la regla de 3500 kcal “promete demasiado” (a pesar de los esfuerzos sostenidos de personas que hacen dieta) y no existe una “pérdida de peso lenta y constante”, específicamente debido a las adaptaciones fisiológicas del cuerpo.

E incluso en una revista profesional recientemente publicada, los investigadores utilizaron esta regla “no válida” para sus cálculos proyectados de cambio de peso en su estudio de la diabetes tipo 2. (Vea los comentarios de Andrew W. Brown y sus colegas en BMJ Open Diabetes Research and Care, 11 de septiembre de 2018.)

Wilbur O. Atwater, investigador de obesidad de principios del siglo XX, estableció valores de energía para proteínas, grasas y carbohidratos

Fuente: Wikimedia Commons / Dominio Público

La regla de 3500 kcal se estableció a fines de la década de 1950 por Max Wishnofsky ( American Journal of Clinical Nutrition , 1958). Wishnofsky reconoció que el cambio de peso era complejo, con una “serie irregular de altibajos, con períodos frecuentes sin cambio aparente de peso”, y la regla de 3500 kcal dependía de varias variables, incluida la duración del tiempo de observación, si alguien estaba El ayuno, y la hidratación del cuerpo. Su conclusión simplificada, sin embargo, se basó en una pequeña muestra y observaciones a corto plazo, así como en una “comprensión limitada de los procesos metabólicos fundamentales”, y su inexactitud ha llevado a “muchos pacientes a preguntarse por qué su pérdida de peso prescrita es menor de lo esperado. ”(Thomas et al, Diario de la Academia Americana de Nutrición y Dietética , 2014) Sin embargo, esta regla de 3500 kcal, con sus“ fallas fatales ”, se convirtió en evangelio, con el resultado de que los pacientes han sido culpados y potencialmente estigmatizados o culpados por ellos mismos. Falta de fuerza de voluntad y motivación. (Hall and Kahan, Medical Clinics of North America, 2018)

Fue Wilbur O. Atwater, un investigador de principios del siglo XX, quien confirmó la ley de conservación de la energía en los seres humanos y estableció los valores de energía, todavía en uso hoy en día, para las proteínas (4 cal / gramo); carbohidratos (4 cal / gramo); grasa (9 cal / gramo); y alcohol (7 cal / gramo). (Heymsfield et al, European Journal of Clinical Nutrition , 2017) Pero, dicen Allison y sus colegas, “Pocos componentes dietéticos están rodeados de más desinformación y mitos que la caloría”, en parte relacionada con nuestra “falta de métodos precisos y prácticos” para evaluar la ingesta calórica y para establecer nuestros requisitos calóricos a lo largo del tiempo. (Heymsfield et al, American Journal of Clinical Nutrition , 1995)

El artista francés Robert Delaunay, The Runners, 1926, Colección privada

Fuente: Wikimedia Commons / Dominio Público

Durante años, los investigadores han aceptado los autoinformes de los sujetos para su ingesta calórica, así como para sus medidas de altura y peso e incluso su actividad física. Lo que ahora se ha establecido de manera inequívoca es que estos autoinformes a menudo son muy imprecisos y conducen a “cuestiones de validez de los datos”. Dhurandhar y sus colegas ( International Journal of Obesity , 2015), en respuesta al uso de autoinformes, han enfatizado , “… algo no es mejor que nada”. Las razones de este informe erróneo incluyen el etiquetado incorrecto de los alimentos; estimaciones inexactas de las porciones; negación psicológica y autoengaño; memoria defectuosa O incluso queriendo presentarse más favorablemente. (Heymsfield et al, 1995)

Como reemplazo de los autoinformes, ahora contamos con mejores herramientas de medición, como el método del agua doblemente etiquetada, una técnica desarrollada para los seres humanos “de vida libre” a principios de los años 80 para evaluar nuestra tasa metabólica y el gasto diario total durante unas pocas semanas y la absorciometría de rayos X de energía dual, la exploración DXA, desarrollada en la década de 1970 para medir la composición corporal, pero incluso estos no están completamente libres de errores. (Thomas et al, American Journal of Clinical Nutrition , 2014; Thomas et al, European Journal of Clinical Nutrition , 2018; Heymsfield et al, Obesity Reviews , 2018) Además, en situaciones de vida libre, utilizando nuestros métodos actuales, estamos limitados a los períodos de observación – “instantáneas” – de aproximadamente dos semanas. (Hall et al, American Journal of Clinical Nutrition , 2012)

Maurice Brazil Prendergast, artista estadounidense, Large Boston Public Garden Sketchbook: Design for a Bicycle, 1895-97

Fuente: Museo Metropolitano de Nueva York, dominio público, colección Robert lehman, 1975

Sin embargo, más recientemente, los investigadores ahora están usando “modelos matemáticos validados”, y han establecido, por ejemplo, que la llamada meseta de la dieta que se produce después de seis meses de dieta, en la que la pérdida de peso parece detenerse, es en realidad mucho más una función de los pacientes “que experimentan una descomposición exponencial de la adherencia a la dieta”. (Freedhoff y Hall, The Lancet , 2016; Hall y Guo, 2017) Por razones que no se entienden completamente, la adherencia a la dieta, que incluye “mantener elecciones y comportamientos dietéticos” es “tan desafiante que es pobre incluso en estudios a corto plazo cuando se proporciona toda la comida” (Freedhoff y Hall, 2016). Sin embargo, los investigadores enfatizan que existe una variabilidad individual considerable y que, aunque la pérdida de peso y el mantenimiento son difíciles, Hay muchas historias anecdóticas de dieters exitosos. Además, aunque existe cierta adaptación metabólica a la pérdida de peso, y la pérdida de peso puede ralentizar el metabolismo por razones complejas, incluido el hecho de que el gasto calórico disminuye con la pérdida de peso (Hall, Obesity , 2018), los “mediadores” hormonales del cambio de apetito (Heymsfield et al. , Obesidad , 2017) y se requiere una actividad física considerable para mantener la pérdida (Hall, 2018), esto no explica la meseta de seis meses descrita por muchas personas que hacen dieta. Es la “pérdida intermitente aparentemente inocua” de la adhesión a la dieta, es decir, la “fatiga del comportamiento” (Hall y Kahan, 2018), que es principalmente responsable. (Thomas et al, American Journal of Clinical Nutrition , 2014)

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Fuente: Wikimedia Commons / Dominio Público

Los modelos matemáticos también pueden ser particularmente útiles para simular diseños experimentales que no serían éticos o prácticos. Otra “aplicación novedosa” es su uso para predecir, a partir de resultados a corto plazo, qué pacientes tendrán más éxito en su pérdida de peso a largo plazo, es decir, para determinar quiénes son los “respondedores” de una intervención en particular y, de no ser así. , para sugerir un cambio en la estrategia, según Allison y sus colegas (Dawson et al, Advances in Nutrition , 2014.) Además, los investigadores han utilizado un modelo matemático para evaluar las complejas interacciones entre los modos genéticos y no genéticos de transmisión de la obesidad y Para evaluar las tasas de prevalencia. (Ejima et al, Obesity , 2018). Este modelo predijo que la prevalencia de la obesidad desafortunadamente alcanzará al 41% de la población de los EE. UU. Para 2030.

Sin embargo, Allison y sus colegas (Ivanescu et al, International Journal of Obesity , 2016) aprecian la importancia de validar sus modelos matemáticos. Por ejemplo, un modelo derivado de una muestra finita no siempre predecirá también sobre la población general de la que se tomó la muestra o sobre una nueva muestra de una población diferente, un fenómeno al que llaman contracción de validez . Para validar un modelo, se requieren nuevos conjuntos de datos. Para ver un excelente ejemplo de cómo los investigadores utilizaron cuatro estudios clásicos diferentes, incluidos los de Claude Bouchard y Ancel Keys, para validar su modelo, consulte a Thomas y sus colegas en American Journal of Clinical Nutrition, 2014.

Conclusión: durante años, la investigación sobre la obesidad ha sufrido deficiencias metodológicas graves que han llevado a algunos investigadores a enfatizar la necesidad de una mejor investigación, no necesariamente más, de la investigación. Por ejemplo, cuando las personas piensan que se están adhiriendo a las dietas, pueden, incluso inconscientemente, no hacerlo. Además, innumerables estudios se han basado, no en mediciones precisas, sino en autoinformes notoriamente inexactos de la ingesta calórica, el gasto calórico, la altura y el peso. Incluso la regla de oro en la que 3500 kcal equivalen a una libra es simplista y errónea. Para remediar estos defectos, los investigadores han comenzado a generar modelos matemáticos en un intento por crear una mayor precisión en la medición y aclarar por qué es tan difícil para las personas perder peso y, en particular, mantener esa pérdida a lo largo del tiempo. Ningún modelo es perfecto: los modelos pueden tener lo que los investigadores llaman contracción de validez , e incluso los modelos matemáticos son tan buenos como los datos de los que se derivaron originalmente. Toda la investigación es un trabajo en progreso. Sin embargo, estos modelos matemáticos son una gran mejora a lo largo de años de datos inexactos, y los investigadores de la obesidad se beneficiarán considerablemente de su incorporación a su investigación. Lord Kelvin lo aprobaría.

Nota: Para una herramienta basada en la web para estimar la pérdida de peso a lo largo del tiempo, consulte el Planificador de peso corporal. (Hall y Kahan, 2018)

Retrato de Lord Kelvin, matemático y físico irlandés, antes de 1907, de Hubert von Herkomer. Museo de Glasgow.

Fuente: Wikimedia Commons / Dominio Público